高壓內(nèi)缸疏水管中蒸汽流速的研究.docx

1、:汽輪機技術1/高壓內(nèi)缸疏水管中蒸汽流速的研究任家福，楊鴻仁(東方汽輪機廠，四川德陽618000)摘要：早期生產(chǎn)的200MW、300MW的汽輪機其高氏部分的疏水系統(tǒng)基本上是相同的，在實際運行中易發(fā)生疏水故障。針對這一情況，從理論上進行了探討，以找出故障發(fā)生的原因及解決方法。關鍵詞：能源與動力工程；汽輪機；疏水系統(tǒng)；改進中圖分類號:TK264.I文獻標識碼：A文章編號：1671-086X(2006)05-0340-05AppropriateSteamFlowinDrainPipesofHigh-PressureInternalCasingsRENJia-fu,YANGHong-ren(Dongf

2、angSteamTurbineWorks,Deyang618000,China)Abstract:Thehighpressuredrainagesystemsofearlymanufactured200MWand300MWturbinesarebasicallythesame,bothliabletodrainfailuresduringoperation.Keepingthisfactinmind,atheoreticaldiscussionispresentedtouncoverthesourceoftheproblemandfindawayofsolvingit.Keywords:ene

3、rgyandpowerengineering;steamturbine；flowvelocitylevel;drainagesystem;improvement1情況與問題1.1疏水管流程設置的兩種型式大型汽輪機本體的疏水系統(tǒng)由主汽管疏水、閥門疏水、高壓內(nèi)缸疏水、高壓缸疏水、中壓主汽管疏水、中壓缸疏水等構成。由于高壓缸采用雙層缸，高IE內(nèi)缸的疏水引出見圖1。在內(nèi)缸調節(jié)級汽室進汽管中心平面的最低處，有兩個婦。的疏水孔，以焊接的連接管與三通相接，三通匯集2路疏水到一根婦8x3的疏水管，通過特制螺母完成和法蘭連接形成密封后將疏水引出外缸。夾層內(nèi)疏水管做成螺旋狀，具有一定的彈性，以適應內(nèi)、外缸相應部位

4、的膨脹差異。缸外流程的設置有兩種型式：(1)初始型式(見圖2)。疏水從缸體引出后，經(jīng)閥門，到疏水母管，再由疏水母管進入疏水擴容器，是一個簡單的流程。設計于上個世紀60年代收稿日期:2006-02-20作者簡介：任家福(I962-).男，高級工釋師，主要從事汽輪機的安裝與調試工作°收稿日期:2006-02-20作者簡介：任家福(I962-).男，高級工釋師，主要從事汽輪機的安裝與調試工作°的中期，源于中、小型機組，并參照同期的進口機組，大量地采用f前期200MWJOOMW和中小型機組上。I一內(nèi)缸；2噴嘴室；3-三通接頭；4一疏水管；5特制螺母；6法蘭；7外就圖1內(nèi)缸嫉水管(2

5、)改進型式(見圖3)。約產(chǎn)生于上世紀90年代，增加了節(jié)流組件和疏水旁路。事實上可以把這種系統(tǒng)叫做控流系統(tǒng)。因為通過方流組件可以控制泄漏流嵐和控制孔板前的蒸汽流速，后面將通過計算來闡明這些功能。1.2存在問題1.2.1 300MW汽輪機高壓內(nèi)缸疏水管出現(xiàn)過破裂現(xiàn)象前期300MW等級汽輪機有兩臺次在新機安裝試運時出現(xiàn)夾層內(nèi)疏水管破裂泄漏，停機開缸處理。原因是制造和裝配時造成的損傷所致。因此要求制作裝焊高壓內(nèi)缸疏水管時應當仔細操作，檢驗時不應發(fā)現(xiàn)有損傷。特別強調起吊和落下高壓內(nèi)缸時，要避免碰撞高壓內(nèi)缸疏水引出管，要避免疏水引出管端頂在高壓外缸內(nèi)壁上?；謴秃笸哆\良好，隨后未再收到同類的故障信息。1.2

6、.2 200MW汽掄機高壓內(nèi)知疏水管爆裂DO9型總的投運臺數(shù)約為75臺。首臺于1976年投運，已有28年運行史。1986年底前投運25臺，具有18年以上的運行史。2005年78月，1臺1986年11月投運的DO9型200MW機組，運行18年后發(fā)生高壓內(nèi)缸疏水管爆裂，造成強迫停機，故障時相關參數(shù)見表1。2005年7月29日缸外疏水管爆裂，停機。2005年7月31日處理后開機48h,缸外疏水管再次爆裂，停機。制造廠認為可能是夾層內(nèi)疏水管破裂，因為調修級壓力測點由缸外疏水管引出，當夾層內(nèi)疏水管破裂后，測得的壓力為夾層壓力，略高于一段抽汽壓力，經(jīng)檢查后確認夾層內(nèi)疏水管破裂，然后開缸處理。再復查表1數(shù)據(jù)

7、看到：2005年7月28日3：00負荷217MW,調修級壓力10.6MPa正常。2005年7月28日6：00負荷148MW,調修級壓力與一抽壓力相當判為表壞，重新評判這一數(shù)據(jù)，可以認為夾層內(nèi)疏水管在2005年7月28日6：00以前已經(jīng)破裂。1.3疏水管發(fā)生故障的基本要素水：積水、浸水可能出現(xiàn)水擊，急速汽化，溫差應力大等危害；軟硬雜質：硬質顆粒會擊傷管壁，閥門，沖刷溝槽，軟雜質還會形成堵塞；高速汽流:將加大、加重上述危害。盡管是個例信息，但并不排除有損傷，經(jīng)多年各種工況的作用造成損壞。由于國產(chǎn)200MW汽輪機設計于上世紀60年代，用現(xiàn)在的技術觀點來分析是可以找到進一步提高可靠性的途徑。2流速等級

8、的計算當汽輪機暖管、暖缸時，高壓內(nèi)缸疏水管內(nèi)的流動為汽-水兩相流；當汽輪機沖轉、定速，帶初負荷暖機直至關疏水門前汽-水兩相流轉變?yōu)檎羝鲃樱蓧嚎s介質流動是難于準確計算的，但是從工程觀點上評判流速等級是可以為大家公認的。2.1簡單評判法日期時間負荷/MW調節(jié)級壓力/MPa一抽壓力/MPa二抽壓力/MPa汽航夾層壓力/MPa汽在夾層溫度/MPa高壓缸壁溫度尸C內(nèi)缸內(nèi)壁內(nèi)缸外壁外缸外壁上下上下上下9：00402.81.20.550.840635033734633830627012：001155.02.11.202.04274234184254194143952005年15：001808.93.42

9、.103.44714764704754654644577月27日18：001908.73.42.053.44614&447948045846346521：0021710.64.02.454.046749648349146846445924：0021710.64.02.424.0470500488494473470470表11號機組調節(jié)級壓力故障情況數(shù)據(jù)統(tǒng)計高壓內(nèi)缸疏水管兩個閥門全開，關疏水門前，疏水管進口的蒸汽參數(shù)見表2,并取40MW和115MW的中間點為關閉疏水門點。表2疏水管各點參數(shù)負荷/MW調節(jié)級后壓力pJMPa調節(jié)級后溫度i,/°C疏水母管壓力p'JMPa40

10、2.8-3501155.0-4230.5(40+115)3.9（按4.0計算）390（按399計算）取0.103由pi3t查表可得比容»|=0.074m3/kg,比焙隊=3209.4kj/kgo因p'JPx=0.103/4.0=0.026,大大小于0.546,所以出現(xiàn)臨界流動，在疏水管出門出現(xiàn)的最大流速為聲速V.ovt=V10.2x104kgptV|（1）式中曹為蒸汽絕熱指數(shù)l.3;g為重力加速度9.81m/s2o于是可求得vt=617m/s3這表明上述設計出現(xiàn)聲速，其聲速的等級取決于p,和刀。2.2用Darcy公式計算式中：y為可壓縮流體的膨脹系數(shù)，由圖4查得；d為管子內(nèi)徑

11、，mm;為進出口壓差，MPa法為管道系統(tǒng)總阻力系數(shù)；W為流徑管道系統(tǒng)的流kg/h?，F(xiàn)場高壓內(nèi)缸疏水管系的參數(shù)是：管子內(nèi)徑32mm，疏水管總長15m;。32mm、90°標準彎頭3只；三通1只及閥門2只。閥門全開按紊流考慮，摩擦系數(shù)/=0.022；=,=30（管道及附件的總阻力系數(shù)）?？蓧嚎s流體的y-S-Ap/pi關系見圖4。由A=1.3,E=3O查圖4可得Ap/pi=0.854（名義必=土華蟲=0.974）。=0.718Pi4進而可求得：收=3.941X。.718x322攝福=3610kg/h對于高壓內(nèi)缸疏水管出口（管道末端）：P2=4.0-3.416=0.584MPap'Jp

12、2=0.103/0.584=0.177由Pl降至P2設定隊不變，查蒸汽性質表可得：P2=0.584MPa,t2=371°C叫=3209.4kj/kg,“2=0-504m3/kg1.21.52.0346至Pi0.5250.5500.5930.6420.6780.722y0.6120.6310.6350.6580.6700.685e810152040100阪pi0.7500.7730.8070.8310.8770.920y0.6980.7050.7180.7180.7180.718圖4A=1.3時凹氏縮氣體特性圖y-f-p/Pl出口聲速按式（1）計算可得擴.=618.3m/so出口核算流

13、量w'=358.5L由于v=618.3m/s,d-32mm,v2=0.504m3/kg,故可得慶=3504kg/h。流M計算僅相差3%0高壓內(nèi)缸疏水管進口的名義速度：,358.5中饑358.5x3610x0.074=3?=92.6=100m/s計算表明：（1）速度等級高，變化幅度大，并出現(xiàn)聲速,遠高于常規(guī)蒸汽流速30-50m/s的規(guī)定。（2）流量呼大，因而泄漏損失大。根據(jù)上述計算.可作出疏水管進口至出口的速度變化圖（見圖5）o速度變化取決于v的變化規(guī)律，-般可以線性示意。損：3閥門開度的影響W=3.941(4)322(5)當汽流以100600m/s的速度在疏水管內(nèi)流動時，經(jīng)常產(chǎn)生大的振

14、動和大的噪音。在手動疏水門上做閥門開度試驗就會發(fā)現(xiàn)：閥門開度減小后，振動和噪音隨之下降，多次試驗就可找到一個適當?shù)拈y門開度并將它鎖定。閥門開度減小，通過閥門的流量就會減少，通過閥門的流速雖會增加，但是閥門前的管道流速將大幅下降，因而可實現(xiàn)降低流速，保證安全的目的。但隨后又發(fā)現(xiàn)，閥門被高速汽流沖刷損傷，密封性難以保證。為了減小對閥門的損傷，顯然配置節(jié)流組件是合理的，因而在改進型的流程就設置了節(jié)流組件。4改進型設置的計算和評判4.1流與流速按可壓縮流體通過節(jié)流孔板的公式進行計算：式中：c為流量系數(shù)0為節(jié)流孔徑,mm;y為流經(jīng)孔板的膨脹系數(shù)；為孔板前后的壓差，MPa;為孔板前介質的比容,m3/kgo

15、(1)第一次試算：取p.i=Pi=4MPa;i;如=V|=0.074m3/kg;dt=8.5mm;djd=8.5/32=0.267o由有關表查得y-0.815;c=0.6;Ap/p)=0.6;Ap=2.4MPa；p板2=1.6MPa;因而W=3.941x0.815x8.5:x0.6=797kg/h=800kg/ho 孔板前管道的名義速度：E358.5x800x0.074=20.6m/s當Pi=4MPa,<|=399時，"=0.025mPa*s,故屁=3.58：'O'"=3.6x10、流動為全紊流，不需進行修正計算，即選用的摩擦系數(shù)/、流量系數(shù)c均不需修

16、正。 疏水管進口至孔板前蒸汽流動產(chǎn)生的壓Pn=由£=30,“=800kg/h,=0.074m'/kg,d=32mm,可得竹=0.08MPao因P板i=4-0.08=3.92MPa,p2=1.56MPa,故可以不進行修正計算。 孔板后至疏水管出口的計算：由于P2=1.6MPa,ht不變,v2=0.184m'/kg,p/p氐2=0.103/1.6=0.065,所以在超臨界工況下，末端出現(xiàn)聲速擴勇=71.3x9.81x10.2x104x1.6x0.184=618m/s所以蒸汽自孔板后到疏水管出口的流動只能作近似描述。 流經(jīng)孔板的名義速度：358.5x800x0.074&qu

17、ot;孔板=r?=290m/s 由于孔板后管徑面積是節(jié)流孔面積的14.06倍，汽流速度產(chǎn)生瞬時下降，其速度為：290x0.184,"=14.06x0.074=51.7m/s然后因汽流的急速膨脹，流速又急劇上升，直圖5疏水管道內(nèi)介質流速變化圖(2)計算表明： 加置孔板后，孔板前的管道汽流速度t/孔板=20.6m/s<30-50m/s(規(guī)范要求)。孔板后至疏水管末端為高速度，末端達聲速擴,。 由于孔板限制流量，使流入疏水母管的流魚大幅下降，收效顯著。5兩種流程設置的比較5.1可靠性比較（見表3）從表3可以看出：改進型針對高速和聲速作出了有效的處理，將高速或聲速限定在孔板后至疏水母管

18、間，可靠性提高，同時將減小振動和噪聲的影響。5.2改進型是一種節(jié)約型設置高壓內(nèi)缸疏水管關疏水門前的流量甲:初始型3503kg/h,改進型800kg/h,可減少2703kg/ho表3兩種流程設置的比較項目初始型改進足疏水管進口至末端孔板前為常規(guī)流速.符合規(guī)范；流速均為高速.末別為聲速?？装搴笾聊┒藶楦咚僦谅曀?，閥門在高速區(qū)，易損傷.在常規(guī)流速區(qū).使用壽命長，能難以保持密封性。高速汽流加大.加保持密封性。在常規(guī)流速區(qū).危害程度大幅下水和雜質重水和雜質對管子的危害。陣0常加流速區(qū)爆管可能性小.孔板后高速區(qū)前期釀和改進型相同，故障爆管要停機處理。還未得到過故障信息c如遇故障，有條件做到隔離處理.可避免強迫停機。因為90%以上的雜質、異物部清理維修停機時拆閥門吹被節(jié)流級件收集.停機時對節(jié)浪管。組件進行清理，檢查芯件是否需更換。流入疏水母管至疏水擴容器的（不做功）流量大幅減小，一臺200MW汽輪機，啟動時的疏水排汽包（按大至小排序）為：（1）高壓主汽管高壓閥門高壓內(nèi)缸>高排（2）中壓主汽管>中壓閥門>中壓缸本體>中排可以按疏水系統(tǒng)逐根計算，以加孔板后平均節(jié)省2000kg/h為例，啟動至關疏水門的時間為3h,則一次啟動節(jié)約的汽量為：3x8x2000上48t,整個電網(wǎng)總的節(jié)約汽量就可觀了。這種改進同樣